Казанский период деятельности Бутлерова

В 1852 г. К.К.Клаус покидает Казанский университет, и на молодого Бутлерова падает вся тяжесть преподавания химии. Так, в течение первого года самостоятельной работы в университете он читал курс неорганической химии студентам математического, естественного и камерального разрядов, курсы физики и физической географии с климатологией студентам медицинского факультета, так как преподаватель этих предметов был тогда в командировке, и т.д. В конце учебного года Совет университета отметил, что кандидат Бутлеров выполнил возложенное на него поручение «со знанием дела и с отличным усердием», проявив при этом «как ученые свои сведения, так и педагогические способности», - и объявил Бутлерову свою благодарность. Большая лекционная нагрузка требовала, естественно, значительных усилий и времени, но и в этих трудных условиях Бутлеров интенсивно занимается научной работой и к началу 1853 г. заканчивает докторскую диссертацию «Об эфирных маслах» . Значение этой работы заключается в том, что она положила начало изучению природных химических соединений нашей местной флоры.
Весной того же года А.М.Бутлеров представил свою диссертацию в факультетский Совет, однако, как это ни странно, ему не удалось защитить её в Казани вследствие отрицательного отзыва одного из оппонентов, молодого профессора физики А.С.Савельева  (два других оппонента - минералог П.И.Вагнер и профессор химии и технологии М.Я.Киттары дали положительные отзывы). Тогда А.М.Бутлеров, дополнив экспериментальную часть работы, представил свою диссертацию в Московский университет и в том же году блестяще защитил её .
В июне 1854 г. Бутлеров был утверждён в степени доктора химии, а осенью того же года был избран экстраординарным профессором Казанского университета; в 1858 г. последовало его утверждение в должности ординарного профессора. Когда он достиг этой высшей ступени университетской лестницы, ему было всего лишь тридцать лет.
Весной 1857 г. А.М.Бутлеров уезжает в командировку за границу. Он свободно владел несколькими европейскими языками и имел много случаев, встречаясь с выдающимися представителями зарубежной науки, беседовать с ними на злободневные научные темы. Бутлеров посетил почти все лучшие лаборатории Франции, Германии и Англии.
Бóльшую часть командировки он провёл во Франции. В Париже, в лаборатории известного французского химика Ш.А.Вюрца он выполнил весьма интересное исследование, а именно – при действии алкоголята натрия на иодоформ получил иодистый метилен - вещество, послужившее позднее Бутлерову источником целого ряда замечательных научных открытий. Результаты этой работы были доложены им самим в заседании Парижской Академии наук. Во время пребывания его во Франции он, по предложению известного русского химика Л.Н.Шишкова , был избран членом Парижского химического общества.
По возвращении из заграничной командировки в Казань Бутлеров прежде всего занялся переоборудованием лаборатории, а затем в течение короткого времени выпустил ряд первоклассных работ. Химическую лабораторию в Казани Александр Михайлович получил в примитивном состоянии. Как пишет его ученик, впоследствии блестящий русский химик Владимир Васильевич Марковников, «рабочее помещение состояло из одной залы в 7 окон. Тут велись научные исследования, тут же приготовлялись опыты для лекций, мылась посуда, а за невысокой перегородкой была каморка старика-служителя Гаврилы. Студенты работали на окнах. Газа не было. Нагревание проводилось спиртовыми лампами или углями, а когда приходилось делать органический анализ, то примащивались кое-как на печи… Бедность была такова, что не на что было заказать стол для практикантов, число которых с каждым годом возрастало» . Марковников, будучи студентом IV курса, собрал по подписке между работавшими 12 рублей, чтобы заказать стол на 6 мест; недостающие 10 рублей добавил Бутлеров. Хлопотами Бутлерова появился шкаф для тяги, к рабочему помещению прибавилась ещё одна комната. В этой значительно улучшенной лаборатории Казанского университета и начал серию новых работ её руководитель.
За три года, предшествовавшие второй заграничной поездке, Бутлеров провёл шесть чрезвычайно интересных исследований - новыми данными был подтвержден состав уксусного эфира метиленгликоля; открыты диоксиметилен и гексаметилентетрамин (уротропин); действием известковой воды на диоксиметилен получено первое синтетическое сахаристое вещество, названное Бутлеровым метиленитаном и сыгравшее очень важную роль в формировании представлений о фотосинтезе. Надо заметить, что все эти работы Бутлерова стоят в тесной связи с разрабатывавшейся им в то время теорией химического строения.
Именно созданием этой теории Бутлеров внёс принципиальный вклад в органическую химию середины XIX века и дал мощный импульс для развития её не только как важной естественнонаучной дисциплины, но и как базы современного промышленного производства. Основы своей теории он впервые изложил в 1861 г. в докладе «Нечто о химическом строении тел», который прочитал на заседании химической секции 36 съезда немецких естествоиспытателей и врачей в немецком городе Шпейере во время своей второй заграничной командировки. Чтобы понять, насколько важным и своевременным было появление теории химического строения Бутлерова, необходимо кратко охарактеризовать «химический дух» той эпохи.
К 60-м годам девятнадцатого века в органической химии создалось положение, которое характеризовалось резким отставанием теории при непрерывном накоплении фактического материала. Это явно задерживало дальнейшее развитие науки.
Насущные задачи органической химии требовали разрешения основного вопроса: являются ли молекулы беспорядочным нагромождением атомов, удерживаемых силами притяжения, или же молекулы представляют собой частицы с определённым строением, которое можно установить, исследуя свойства вещества. Теория типов Жерара, которую с теми или иными оговорками признавало большинство химиков того времени, принципиально отказывалась решать вопрос о строении молекул, по сути дела объявляя последнее непознаваемой «вещью в себе». А между тем в органической химии к этому времени уже накопились факты и обобщения, которые могли служить основой для решения вопроса о строении молекул. Так, например, теория радикалов дала органической химии чрезвычайно важное обобщение, заключающееся в том, что при химических реакциях некоторые группы атомов в неизменном виде входят в ряд молекул, образующихся при этих реакциях. Теория типов, со своей стороны, внесла замечательный вклад в изучение наиболее изменчивых частей молекул и причин этой изменчивости.
Необычайно большое значение имело открытие валентности элементов, ибо стало ясно, что атомы могут соединяться в молекулы только в отношениях, определяемых валентностью атомов. В частности, было установлено, что углерод четырёхвалентен (Ф.А.Кекуле).
Открытие валентности непосредственно подводило к мысли, что молекулы имеют определённое строение. Однако вопрос о том, как определять строение молекул, оставался открытым. Этот вопрос не мог быть решён без создания передовой научной теории органической химии. Создание такой теории требовала и практика, прежде всего, быстро развивающаяся химическая промышленность.
Однако для решения грандиозной задачи создания фундаментальной теории органической химии нужен был ясный ум, который мог бы по-новому оценить накопленный в науке огромный экспериментальный материал, порвать с установившимися теоретическими традициями и пойти новой дорогой. Честь решения этой задачи принадлежит Александру Михайловичу Бутлерову.
А.М.Бутлеров был убеждённым противником основного агностического положения теории типов о непознаваемости строения молекулы. Он показал, что молекула представляет собой частицу с определённым расположением атомов, с определённой химической структурой; далее Бутлеров доказал, что можно установить строение молекулы, исследуя химические свойства вещества, и, наоборот, зная строение, можно предсказать многие свойства соединения. Это положение Бутлеров не только обосновал уже имевшимся фактическим материалом, но и предсказал на основе этого положения возможность существования новых веществ, которые впоследствии были открыты им и другими химиками. Этим самым Бутлеров твёрдо стал на материалистическую точку зрения.
Основная идея теории А.М.Бутлерова сформулирована им следующим образом: «Исходя от мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь определённым количеством принадлежащей ему химической силы (сродства), я называю химическим строением распределение действия этой силы, вследствие которого химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг на друга, соединяются в химическую частицу» .
Установив понятие химического строения, А.М.Бутлеров даёт новое определение природы вещества: «химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением».
Это принципиально новое, революционное для своего времени положение легло в основу всего дальнейшего развития органической химии, ибо оно означает, что химическое строение сложного вещества может быть установлено на основании его превращений, а химические свойства его (реакционная способность) могут быть предсказаны на основании химического строения. А.М.Бутлеров указывает, что для определения химического строения могут быть использованы все виды реакций: соединения (синтеза), разложения (анализа) и двойного обмена (замещения).
Из положения теории химического строения о зависимости химических свойств соединения от его строения вытекают взгляды А.М.Бутлерова на значение формул строения. Он считал, что для каждого соединения возможна лишь одна структурная формула, причём в будущем, когда будет полностью выяснена зависимость свойств от строения, формула соединения должна выражать все его свойства.
Создав понятие химического строения и природы вещества, он вывел органическую химию из лабиринта типических формул, указал путь к проникновению в глубь молекулы, к познанию её внутреннего строения, дал теоретическую основу для понимания химических процессов, для предсказания новых путей синтеза.
Теория химического строения принесла Бутлерову мировую известность, хотя ко времени 36 съезда немецких врачей и естествоиспытателей ему только-только исполнилось 33 года.
После возвращения из-за границы Бутлеров занялся тщательной экспериментальной проверкой своих теоретических воззрений. Во-первых, он ясно и логично объяснил на основе своей теории казавшееся в то время химикам очень странным явление изомерии, которое не могла объяснить теория генераторов Ш.Ф.Жерара; получил действием цинкметила на хлорангидрид уксусной кислоты триметилкарбинол - третичный бутиловый спирт, первый представитель класса третичных спиртов, предсказанных его теорией. Он предвидит рождение новой науки - стереохимии, которая сейчас составляет одну из важнейших дисциплин. Однако мировая химическая наука для глубокого понимания сущности учения Бутлерова нуждалась в работе, систематически излагавшей теоретические взгляды Бутлерова и объяснявшей весь фактический материал, накопленный на её основе. Такую работу считал необходимым сделать и сам Александр Михайлович и, можно сказать, она создавалась одновременно и параллельно с развитием его теоретических представлений. Это была книга «Введение к полному изучению органической химии», которая была издана в Казани тремя выпусками в 1864-1866 гг., а затем переиздана во многих странах Западной Европы. Бутлеровская теория обретала всё больше и больше сторонников, утверждая своё право на жизнь. В то же время среди некоторых западноевропейских учёных (Ф.А.Кекуле, А.С.Купер, Р.А.К.Э.Эрленмейер) появилась тенденция замолчать заслуги Бутлерова в создании этой теории или присвоить себе соавторство. Именно появление целого ряда претендентов на соавторство побудило Бутлерова предпринять третью свою командировку за границу для защиты своего приоритета.
В 1867 г. он уехал за границу и пробыл там около года. Во время этой командировки Бутлеров снова встретился со многими выдающимися химиками и в происходивших беседах имел многочисленные случаи во всех деталях высказать иностранным коллегам свои идеи и взгляды на строение органических соединений.
Весной 1868 г., когда Бутлеров был ещё за границей, Совет Петербургского университета по предложению Дмитрия Ивановича Менделеева избрал его ординарным профессором по кафедре химии, на вакантную должность, освободившуюся после ухода профессора А.А.Вознесенского. В своём представлении Д.И.Менделеев в следующих ярких выражениях охарактеризовал Бутлерова как учёного: «Александр Михайлович… - один из замечательнейших русских учёных. Он русский и по учёному образованию, и по оригинальности трудов. Ученик знаменитого нашего академика Зинина, он сделался химиком не в чужих краях, а в Казани, где и продолжает развивать самостоятельную химическую школу. Направление учёных трудов Александра Михайловича не составляет продолжения или развития идей его предшественников, а принадлежит ему самому. В химии существует бутлеровская школа и бутлеровское направление» .
А.М.Бутлеров принял лестное предложение Совета Петербургского университета и из-за границы прислал согласие занять кафедру. В сентябре 1868 г. Бутлеров был утверждён ординарным профессором Петербургского университета.
По возвращении из-за границы Бутлеров по просьбе Совета Казанского университета оставался в Казани до конца семестра для окончания чтения курса. Совет Казанского университета в ознаменование высоких научных заслуг Бутлерова 22 февраля 1869 г. избрал его своим почётным членом.
В благодарственном письме на имя Совета Казанского университета Бутлеров писал: «Я спешу принести искреннее выражение глубочайшей признательности за эту высокую, оказанную мне честь. В Казанском университете прошли лучшие годы моей жизни, и благодарные воспоминания неразрывно соединяют меня с ним. Закрепив ныне эту связь, Совет даёт мне право звать Казанский университет по-прежнему своим родным университетом, а моё чувство к нему заставляет меня высоко ценить это право».
Уместно заметить, что, избрав Бутлерова почетным членом Казанского университета, Совет университета принял во внимание не только его плодотворную научно-педагогическую деятельность, но и его пусть кратковременное, но важное для развития университета пребывание на посту ректора (это были периоды 1860-1861 и 1862-1863 гг. с перерывом на вторую заграничную командировку). Сам Бутлеров не чувствовал призвания к административным делам и в письме к министру народного просвещения писал, что главной целью его жизни были и будут занятия наукой, сознавая, что ректорство будет отнимать у него не только много времени, но и лишит душевного спокойствия, необходимого для научных занятий. Однако, будучи человеком очень ответственным и принимающим близко к сердцу судьбу Казанского университета, Бутлеров дал-таки свое согласие на исполнение ректорских обязанностей в сложной обстановке начала 60-х годов XIX века. Это было время бурных студенческих волнений, борьбы за демократизацию университетской жизни, привлечение к преподаванию в университете только высокообразованных и нравственно безупречных ученых. Этими качествами сам А.М.Бутлеров обладал сполна, его авторитет среди коллег и студентов был очень высок, и он предпринял целый ряд попыток улучшения университетской жизни. В своих официальных выступлениях перед Советом университета и обращениях в Министерство он предлагал, в частности:
- увеличить материальное состояние университетов и жалованье преподавателей настолько, чтобы обеспечено было безбедное существование даже семейным из них;
- возвратиться к существовавшему ранее порядку избрания ректоров Советом университета;
- печатать все протоколы заседаний Совета, т.е. сделать решения гласными;
- издавать «Университетский листок», где предполагалось печатать статьи об устройстве университета, исторические и библиографические материалы и т.д.
Хотя и не сразу, эти предложения в той или иной форме были реализованы.
Продолжая традиции великого Н.И.Лобачевского, Бутлеров умело отбирал одаренных выпускников «для подготовки к профессорскому званию». Так, посланные им в 1862 г. за границу для усовершенствования молодые ученые по возвращении стали выдающимися деятелями университета. Среди них: математик академик В.Г.Ишменецкий, химик В.В.Марковников, геолог Н.А.Головкинский, физиолог Н.О.Ковалевский и др.
Период с 1860 по 1863 гг. был поворотным в жизни медицинского факультета, именно тогда он был укреплен научными кадрами и была завершена организация первых экспериментальных лабораторий факультета - физиологической и фармакологической. Как уже отмечалось выше, Бутлерову обязана многими улучшениями и химическая лаборатория, в стенах которой выросли его знаменитые ученики, содействовавшие сохранению и распространению бутлеровских научных традиций во многих российских университетах (А.М.Зайцев - в Казанском, В.В.Марковников - в Новороссийском и Московском, А.Н.Попов - в Варшавском и т.д.).
Бутлеров горячо поддерживал профессуру и студенчество, работавших в бесплатных воскресных школах. В то время при активном содействии его, как ректора, при университете были организованы педагогические курсы. Вскоре при курсах создается библиотека, а в 1861 г. и читальня. Организуются учительские съезды. Активно работают и «безденежные» вечерние курсы при университете для разночинной интеллигенции и рабочих, на которых Александр Михайлович систематически читал лекции.
В 1861 г. Казанский университет во главе со своим ректором решительно высказался в пользу допущения женщин в университеты.
Глубоко убежденный в том, что ход будущей жизни университета тесно связан с научными и нравственными достоинствами его деятелей, Бутлеров всегда поддерживал честные, высоконравственные поступки профессоров и студентов, но в то же время открыто и принципиально высказывался против грубости, бестактности поведения, невежества студентов и преподавателей в достаточно часто возникающих в то сложное время конфликтных ситуациях.